3D打印技術(shù)普及知識20200223

中國制造2025在消費領(lǐng)域，中國“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新已經(jīng)走在世界前列。今后在工業(yè)和制造業(yè)領(lǐng)域，也要把“中國制造2025”與“互聯(lián)網(wǎng)+”和“雙創(chuàng)”緊密結(jié)合起來。這將會催生一場“新工業(yè)革命”?！爸袊圃?025”的核心就是“智能升級”，是工業(yè)化與信息化的高度結(jié)合。因而必須要把“中國制造2025”與“互聯(lián)網(wǎng)+”和“雙創(chuàng)”緊密結(jié)合起來。工業(yè)4.0“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等；“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率。18世紀(jì)60年代，蒸汽機(jī)的廣泛使用引發(fā)了第一次工業(yè)革命19世紀(jì)70年代，第二次工業(yè)革命，人類進(jìn)入了“電氣時代”。3D打印機(jī)廣泛使用將引發(fā)第三次工業(yè)革命有人推測20世紀(jì)80年代后期，3D打印機(jī)橫空出世。。。。2014年將成為“3D打印元年”3D打印離我們有多遠(yuǎn)？神奇的3D打印機(jī)3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實現(xiàn)，而3D打印機(jī)的出現(xiàn)，將會顛覆這一生產(chǎn)思路.在好萊塢大作《十二生肖》電影中有項非常流行技術(shù)不知各位是否有留意，電影中成龍佩戴了專業(yè)掃描手套來掃描劇中十二生肖銅像，另外一邊通過專業(yè)設(shè)備將所掃描的銅像完美打印，看似很科幻不切實際，其實，影片中出現(xiàn)的專業(yè)設(shè)備就是流行的3D打印技術(shù)。帶有掃描功能的手套電影中打印生肖頭像什么是3D打印機(jī)？1基本概述3D打印技術(shù)解釋3D打印技術(shù)的起源豐富的3D打印產(chǎn)品3D打印的優(yōu)勢基本概述三維立體打印機(jī)是二十世紀(jì)八十年代末九十年代初興起并迅速發(fā)展起來的新的先進(jìn)制造技術(shù)，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。是CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)以及材料科學(xué)與工程的技術(shù)集成。它可以自動、快速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零部件，從而可對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行快速評價、修改，以響應(yīng)市場需求，提高企業(yè)的競爭能力。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項技術(shù)正在普及。3D打印名詞解釋3D打印技術(shù)（3DPrinting）有很多個稱呼，學(xué)術(shù)上稱之為快速成型技術(shù)(RapidPrototypingManufacturing，簡稱RPM)，3D打印技術(shù)從制造工藝的技術(shù)上劃分它叫做增材制造（AdditiveManufacturing，簡稱AM）。它是一種以3D設(shè)計模型文件為基礎(chǔ)，運用不同的打印技術(shù)、方式使特定的材料，通過逐層堆疊、疊加的方式來制造物體的技術(shù)。注意區(qū)分：“3D打印”與“3D打印機(jī)”，3D打印多代表工藝技術(shù)3D打印機(jī)指硬件設(shè)備。3D打?。ㄓ⒄Z：3Dprinting），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。什么是3D打印技術(shù)？什么是3d打印關(guān)于3D打印技術(shù)的理念，我們要穿越回19世紀(jì)，您沒看錯這個是有記錄可以考證的。從歷史上看，快速成型技術(shù)（3D打印技術(shù)）的核心思想最早起源于19世紀(jì)照相雕塑（Photosculpture）技術(shù)和地貌成形（Topography）技術(shù)。雖然3D打印技術(shù)起源很早，但是受限于當(dāng)時的材料技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)等眾多學(xué)科，因此并沒有實現(xiàn)廣泛應(yīng)用與商業(yè)化，隨后技術(shù)的正式研究開始于20世紀(jì)70年代，直到20世紀(jì)80年代技術(shù)才得到了實現(xiàn)。其學(xué)名為“快速成形”。3D打印技術(shù)的起源

最早的3D打印出現(xiàn)在上個世紀(jì)的80年代，價格極其昂貴且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。早期的3D打印機(jī)現(xiàn)在3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電動工具、醫(yī)療、機(jī)械加工、精密鑄造、航空航天、工藝品制造及兒童玩具等行業(yè)，是個人、家庭、辦公的好助手。現(xiàn)代的3D打印機(jī)豐富的3D打印產(chǎn)品3D打印的主要優(yōu)勢制造復(fù)雜物品（目前已顯現(xiàn)）產(chǎn)品多樣化不增加成本生產(chǎn)周期短（最大的優(yōu)點）零技能制造（不需要特殊技能）不占空間、便攜制造（戰(zhàn)場、災(zāi)區(qū)）節(jié)省材料（相對于傳統(tǒng)加工方式）3D打印面臨的問題

耗材成本，相同的耗材3D打印機(jī)成本高于傳統(tǒng)工藝材料。

打印精度、打印尺寸的限制，雖然現(xiàn)在有條件現(xiàn)實大尺寸的打印，但是尺寸做大以后物品變形、缺陷等精度問題也隨之而來，因此還是需要實驗調(diào)整材料配方和制作流程才能使其穩(wěn)定。

生產(chǎn)效率，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比3D打印更像個是手工工匠，在確保細(xì)節(jié)精度的情況下，制作一個16厘米以上的人像，通常需要大于8個小時。3D打印技術(shù)的基本原理23D打印的基本原理打印流程主要工藝分類3D打印技術(shù)的基本原理3D打印的原理是依據(jù)計算機(jī)設(shè)計的三維模型（設(shè)計軟件可以是常用的CAD軟件，例如SolidWorks、Pro/E、UG等。也可以是通過逆向工程獲得的計算機(jī)模型），將復(fù)雜的三維實體模型“切”成設(shè)定厚度的一系列片層，從而變?yōu)楹唵蔚亩S圖形，逐層加工，層疊增長。三維CAD模型設(shè)計CAD模型的近似處理對STL文件切片處理逐層制造原型制作流程圖打印流程

在3D打印時，首先設(shè)計出所需零件的計算機(jī)三維模型（數(shù)字模型、CAD模型），然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M(jìn)行離散（習(xí)慣稱為分層），把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；再根據(jù)每個層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；最后由成形機(jī)成形一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到一個三維物理實體。@Eric_wangli作三維CAD文件三維打印機(jī)三維模型對STL文件切片處理

切片是將模型以片層的方式來描述，片層的厚度通常在50μm～500μm之間；無論零件形狀多么復(fù)雜，對每一層來說卻是簡單的平面矢量掃描組（如圖），輪廓線代表了片層的邊界。3D打印機(jī)分類目前國內(nèi)還沒有一個明確的3D打印機(jī)分類標(biāo)準(zhǔn)，但是我們可以根據(jù)設(shè)備的市場定位將它簡單的分成三類：個人級、專業(yè)級、工業(yè)級。主要工藝技術(shù)分類FDM(熔融沉積成型）FFF(熔絲制造成型）LOM(分層實體制造）SLS(選擇性激光燒結(jié)）SLA（立體光固化成型法）DLP(數(shù)字光處理）3D打印所用耗材ABS、PLA、尼龍、橡膠、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸、金屬、陶瓷等眾多材料。DLPFFFSLSLOMSLA光造型SLA工藝

StereolithographyApparatus

SLA技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng),分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。優(yōu)缺點：成型精度高、成型零件表面質(zhì)量好、原材料利用率接近100%，而且不產(chǎn)生環(huán)境污染，特別適合于制作含有復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件；但這種方法也有自身的局限性，比如需要支撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。選擇性燒結(jié)SLS工藝

SelectiveLaserSintering

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起。特點：材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。特別是可以制造金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。SLS工藝無需加支撐，因為沒有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。其缺點是：成形件結(jié)構(gòu)疏松多孔，表面粗糙度較高；成形效率不高。

熔融沉積制造（絲狀材料選擇性融覆）FDM工藝

FusedDepostionModeling

FDM的加工原材料是絲狀熱塑性材料（如ABS、MABS、蠟絲、尼龍絲等），加工時加熱噴頭在計算機(jī)的控制下，可根據(jù)截面輪廓信息，做X-Y平面的運動和高度Z方向的運動。絲狀熱塑性材料由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在碰頭加熱至熔融狀態(tài)，然后杯選擇性地涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成了截面輪廓。一層成形完成后，噴頭上升一個截面層高度，再進(jìn)行第二層的涂覆，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品。

FDM工作原理3D打印機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域33D打印機(jī)的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。應(yīng)用領(lǐng)域三維打印機(jī)技術(shù)可快速地將模型轉(zhuǎn)換成物理實物模型，這樣可以方便地驗證設(shè)計人員的設(shè)計思想和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、可裝配性、美觀性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題可及時修改。目前，3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。并且隨著這一技術(shù)本身的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂９I(yè)產(chǎn)品極大降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率

：由于簡化或省略了工藝準(zhǔn)備、試驗等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、制造、分析高度一體化，顯著縮短新產(chǎn)品開發(fā)定型周期，降低成本，實現(xiàn)同步并行工程的實施。設(shè)計試驗工藝準(zhǔn)備制造縮短周期設(shè)計工藝準(zhǔn)備制造六缸發(fā)動機(jī)缸蓋傳統(tǒng)砂型鑄造工裝模具設(shè)計制造周期長達(dá)5個月，3D打印只需一周便可制成。機(jī)械制造工業(yè)產(chǎn)品能制造出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件、解決常規(guī)機(jī)械加工或手工無法解決的問題，極大增強(qiáng)了工藝實現(xiàn)能力3D打印突破了結(jié)構(gòu)幾何約束，能夠制造出傳統(tǒng)方法無法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝能力對于實現(xiàn)零部件輕量化、優(yōu)化性能有極其重要的意義。航空發(fā)動機(jī)的復(fù)雜關(guān)鍵零部件工業(yè)：3D打印與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)合，實現(xiàn)航空航天、汽車、國防等領(lǐng)域大型復(fù)雜異形關(guān)鍵零部件件的快速制造，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速低成本開發(fā)。3D打印技術(shù)加速航天航空、汽車等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的快速開發(fā)與制造，提高相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與水平，甚至將來，遠(yuǎn)航過程中零部件維修可以實現(xiàn)自給自足。極限環(huán)境按需制造太空3D打印美國NASA啟動太空3D打印項目。2010年8月成立“MadeinSpace”；2011年春季建立3D打印實驗室；、2011年夏季NASA宇航局飛行項目通過亞軌道飛行計劃；2011年7月-9月微重力實驗；2011年12-2013年2月進(jìn)行3個階段的設(shè)計、制造項目，2014年將3D打印設(shè)備送入太空；當(dāng)前，材料、閉環(huán)控制系統(tǒng)、其他增材制造技術(shù)的研發(fā)工業(yè)：3D打印直接成形復(fù)雜高性能金屬功能零部件，直接應(yīng)用在航天航空、汽車等領(lǐng)域。美國AeroMet公司使用激光成形技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F/A-18戰(zhàn)斗機(jī)上實現(xiàn)了裝機(jī)驗證。建筑“打印”的建筑物模型效果在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用：可“打印”固體建筑的3D打印機(jī)一名行人從3D打印的建筑物前經(jīng)過個性和創(chuàng)意家具設(shè)計及家具模型打印日前，在法國巴黎舉行的創(chuàng)客展示集會“制匯節(jié)”上，一家初創(chuàng)公司Drawn展示出了其自主研發(fā)的家具3D打印機(jī)和一些色彩獨特的家具。教育教學(xué)鞋業(yè)制造首飾珠寶文化創(chuàng)意：制造形狀復(fù)雜、彩色的工藝品，可實現(xiàn)文物的復(fù)制以及創(chuàng)新的設(shè)計，還有影視道具的設(shè)計制作。3D打印制造的“火龍”工藝品栩栩如生的彩色金剛鸚鵡文物復(fù)制（西漢長裙女傭）服裝醫(yī)學(xué)醫(yī)療：研究直接細(xì)胞直接打印技術(shù)，制造出血管、肝臟等軟組織。人像模型富士3D照片打印機(jī)在照片沖印領(lǐng)域的應(yīng)用：3D打印機(jī)打印出B超顯示胎兒的模樣在照片沖印領(lǐng)域的應(yīng)用：食物食：用3D打印機(jī)制造巧克力、肉類藝術(shù)行業(yè)應(yīng)用家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，市場宣傳，模具制造。通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗，功能驗證，模具制造。航空、航天：特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動機(jī)的試制、裝配試驗。輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的設(shè)計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。國防：各種武器零部件的設(shè)計、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。3D打印流程43D打印流程首先要有三維模型數(shù)據(jù)，三維模型數(shù)據(jù)的獲得方式簡單來講有三種。通過三維軟件建模獲得。通過掃描儀掃描實物獲得其模型數(shù)據(jù)。通過拍照的方式拍取實物多角度照片，然后通過電腦相關(guān)軟件將照片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成模型數(shù)據(jù)。通過電腦和3D打印機(jī)連接，選擇相應(yīng)耗材，3D打印機(jī)接受到指令開始打印模型。3D建模軟件切片控制打印三維建模常見的3D設(shè)計軟件，均可用來建模，如：3DMAX，MAYA，C4D等是基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。SolidWorks，是專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品，我們主要學(xué)習(xí)2014版。AutoCAD，是自動計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，2007版是所有加工行業(yè)通用版。Solidworks、UG、Pro/Engineer是CAD/CAM/CAE一體化的最常用工業(yè)三維建模軟件。切片軟件切片軟件，用來將三維模型分解到層，控制打印機(jī)進(jìn)行打印，如：CuraEngine原本是在Cura3D打印機(jī)控制軟件中自帶的切片功能，它能高速切片，是很多3D打印機(jī)愛好者喜歡的切片軟件，用Cura進(jìn)行切片，然后再把G-code導(dǎo)入3D打印設(shè)備進(jìn)行打印。Simplify3D等軟件我們學(xué)校選用的打印機(jī)有極光爾沃，筑城，創(chuàng)想三維等品牌打印機(jī)。機(jī)器功能強(qiáng)大，實現(xiàn)斷點續(xù)打，兼容所有的FDM機(jī)型，集各